Безопасность энергоснабжения на промышленном производстве

Для промышленного производства безопасность энергоснабжения является критически важным фактором, гарантирующим непрерывность техпроцесов, безопасность персонала и сохранность оборудования. Решения в этой области включают как традиционные подходы, так и технологические новинки.

Производству требуются гибкость, мощность и надежность энергоснабжения

Производство управляется промышленными компьютерами, требующими качественного электропитания. Источник: Eaton
Производство управляется промышленными компьютерами, требующими качественного электропитания. Источник: Eaton

Современное производство характеризуется частой сменой модельного ряда выпускаемой продукции и высокими требованиями к энергоэффективности. Чтобы быстро перенастраивать станки и сборочные линии, они максимально автоматизированы и роботизированы, детали изготавливаются на станках с ЧПУ.

При этом, компьютеризированное производственное оборудование крайне чувствительно к качеству электропитания. По сути, речь идет о многочисленных промышленных компьютерах, и по требованиям к качеству энергоснабжения производственный цех несильно отличается от дата-центра, наполненного серверами и системами хранения данных.

Это означает, что из-за различного рода помех (всплески и провалы напряжения, высокочастотный шум и др.), присутствующих в "городской" электросети, питать производственное оборудование от городского фидера (кабеля) напрямую невозможно. Такое электропитание не пригодно для промышленных компьютеров, сенсоров, коммуникационного оборудования, а также систем кондиционирования и автоматики производственных цехов.

Рассмотрим типичный подход к энергоснабжению высокотехнологичного производства.

Чтобы исключить проблемы с качеством питания, напряжение 380 В от подстанции должно подаваться на группу промышленных ИБП (источников бесперебойного питания), построенных по топологии двойного преобразования. Здесь переменное напряжение выпрямляется в напряжение постоянного тока, а далее опять преобразуется в переменное с идеальной формой синусоиды и требуемыми параметрами по частоте и амплитуде – 380В, 400В или другое. Перед ИБП устанавливается силовое коммутационное оборудование, переключающее при необходимости вводы внешнего "городского" электропитания на резервный источник (как правило, это ДГУ, дизель-генераторная установка).

Силовое коммутационное оборудование включает в себя АВР (автомат ввода резерва, который переключает питание на ИБП при отказе внешнего энергоснабжения) и вводно-распределительные устройства (ВРУ). С выхода ВРУ электропитание подается на промышленные ИБП и далее на щиты гарантированного электропитания (ЩГП). Силовое оборудование, такое как станки, насосы и прочее, питается по шинам 380 В, идущим от щитов ШГП. Для подачи питания на управляющую электронику используются распределительные шкафы (РЩ), в которых трехфазное напряжение 380 В разделяется на однофазные шины с напряжением 230 В и подается на промышленные компьютеры, сенсоры и иное электронное оборудование в цехах.

Мониторинговые и защитные системы

Даже самые надежные энергосистемы должны находиться под постоянным мониторингом их параметров. Процесс мониторинга начинается с момента, как электроэнергия попадает к трансформаторной подстанции, установленной на предприятии. Измеряется напряжение и частота электрического тока как на входе в подстанции, так и на выходе. Также измеряется температура внутри подстанций, которая не должна превышать определенных пределов.

Далее измеряются параметры электропитания на входе и выходе кластеров ИБП. Это мониторинг параметров входного и выходного напряжения и тока, состояния ИБП и его внутренних компонентов, а также температура и напряжение на батарейных блоках – все это проверяется в режиме реального времени. Если какая-либо батарея выйдет из строя, техническая служба своевременно проведет ее замену.

Для резервного источника питания (ДГУ) также проводится постоянный мониторинг параметров. Выходное напряжение, обороты двигателя, температура и давление масла, температура охлаждающей жидкости, запас топлива, активная и полная отдаваемая мощность, общий пробег в моточасах и еще ряд параметров.

Качество электропитания, поступающее от распределительных щитов и шкафов к конечным потребителям (станки, конвейеры, промышленные компьютеры), также подвергается постоянному мониторингу, — в частности, отслеживается напряжение и потребляемая мощность. Таким образом, служба главного энергетика предприятия имеет всю информацию о состоянии энергосистемы в реальном времени, а сервисное ПО вовремя информирует персонал о неполадках или необходимости плановых работ по обслуживанию.

Для защиты персонала от утечки тока, случающиеся при нарушении изоляции электрокабеля, используются мощные промышленные УЗО (устройства защитного отключения). Современные УЗО — это цифровые устройства, которые отслеживают разницу между измеренным током на входе контролируемого участка и выходе и отключают оборудование, если разность токов достигает опасного для жизни человека значения.

Для защиты от электрической дуги, возникающей, к примеру, при повреждении изоляции, непреднамеренном закорачивании токоведущих частей внутри низковольтного щита или пробое межпроводникового пространства, а также при недостаточном соединении токоведущих элементов, используется система Eaton ARCON: оптические датчики обнаруживают возникновение дуги по характерной мощной вспышке, датчики контролируют области главных и ответвительных шин, а дугогасящее устройство инициирует трехполюсное замыкание параллельно месту дугового разряда. Используемый метод позволяет ликвидировать электрическую дугу в течение 2 мс, что не позволяет дуговому разряду привести к пожару в производственном помещении.

Это только отдельные примеры систем мониторинга и защитного оборудования. В арсенале Eaton насчитываются десятки высокотехнологических систем, которые успешно применяются для защиты промышленного оборудования.

Резюме

Бесперебойное электроснабжение, кроме решения производственных задач, в значительной степени способствует сохранению безопасных условий труда персонала, поскольку позволяет реализовывать все процедуры охраны труда и должностные обязанности работников в штатном режиме, исключая угрозы, связанные с внезапной остановкой машин и механизмов.

Энергетическая безопасность промышленного предприятия обеспечивается сочетанием высокотехнологичных питающих и распределительных систем, оборудования мониторинга параметров энергоснабжения и готовых к действию защитных систем.